Влияние свойств лиганда, восстановителя и поверхностно-активного вещества на процесс лазерно-индуцированного осаждения меди из раствора
Диссертация
В последнее время большое внимание уделяется развитию лазерных методов создания металлических покрытий и локальных элементов на различных поверхностях (Si, GaAs, SiC>2, S13N4, AI2O3 и т. д.). К таким методам относятся: методы лазерно-стимулированного осаждения из газовой фазы (LCVD), импульсное осаждение лазером (PLD), лазерно-индуцированное перемещение (LIFT), лазерно-индуцированное… Читать ещё >
Содержание
- 1. Литературный обзор
- 1. 1. Обзор работ по лазерному осаждению металлов из раствора
- 1. 2. Механизмы лазерно-индуцированных реакций
- 1. 3. Роль компонентов раствора в процессе лазерного осаждения меди
- 1. 4. Использование добавок в растворах меднения
- 1. 5. Влияние ПАВ на процессы меднения
- 1. 6. Нуклеация и рост кристаллов в процессе JIOMP
- 1. 7. Использование полиолов для химического и электрохимического восстановления металлов в растворах
- 2. Методика эксперимента
- 2. 1. Установка для лазерного осаждения металла из раствора
- 2. 2. Методики приготовления и составы растворов для лазерного меднения
- 2. 3. Исследования методом оптической и электронной микроскопии
- 2. 4. Сканирующая зондовая микроскопия
- 2. 5. Импедансная спектроскопия
- 2. 6. Масс-спектрометрический анализ состава газовых фаз
- 2. 7. Изучение продуктов реакции лазерного осаждения меди методом ПМР
- 2. 8. Методы измерения поверхностного натяжения и углов смачивания
- 3. Результаты эксперимента
- 3. 1. Оптимизация состава раствора химического меднения для процесса лазерно-индуцированного осаждения меди
- 3. 2. Изучение побочных реакций, протекающих в процессе лазерного осаждения меди из раствора
- 3. 3. Изучение влияния типа л и ганда, образующего комплекс с медью, на результаты лазерного осаждения
- 3. 4. Изучение влияния свойств восстановителя на процесс лазерного осаждения меди из раствора
- 3. 5. Влияние ПАВ на процесс лазерного осаждения меди из раствора
- 3. 5. 1. Влияние ионогенных ПАВ на процесс лазерного осаждения меди на поверхность оксидного стекла
- 3. 5. 2. Влияние неионогенных ПАВ на процесс лазерного осаждения меди на поверхность оксидного стекла и стеклокерамики
- 4. 1. Оптимизация процесса осаждения меди из растворов, содержащих формальдегид в качестве восстановителя
- 4. 2. Изучение продуктов реакции лазерного осаждения меди в растворе
- 4. 3. Влияние типа лиганда, образующего комплекс с медью, на процесс JIOMP
- 4. 4. Влияние восстановителя на процесс лазерного осаждения меди
- 4. 5. Роль теплового фактора в процессе осаждения
- 4. 6. Влияние добавок ПАВ на процесс лазерного осаждения меди
Список литературы
- Н. Moilanen, J. Remes, S. Leppavuori. Low resistivity LCVD direct write Cu conductor lines for 1С customisation. Physica Scripta 69, 237−241 (1997)
- T.Szorenyi, Z. Kantor, Z. Toth, P.Heszler. Pulsed laser deposition from solid and molten metals. Appl. Surf. Sci. 138−139 (1999) 275−279 (1999)
- Z. Kantor, Z. Toth, T. Szorenyi, Deposition of micrometer-sized tungsten patterns by laser transfer technique Appl. Phys. Lett., 64, 3506 (1994)
- H.G. Muller, G Heinrich YAG Laser direct writing of copper from copper formate films Appl. Phys. Lett., 56(10), 904 (1990)
- K. Kordas, Laser-assisted chemical liquid-phase deposition of metals for micro- and optoelectronics Acta Univ. Oul., 168 (2002)
- K. Bali, T. Szorenyi, M.R. Brook, G.A. Shafeev, High speed laser writing of gold lines from organic solutions Appl. Surf. Sci., 69, 75 (1993)
- K. Bali, T. Szorenyi, M.R. Brook, G.A. Shafeev, K.I. Grandberg, Organic solutions of triphenylphosphine gold complexes: attractive new candidates for gold deposition Mat. Sci. Eng., В 17, 101 (1993)
- M.P. Брук, Г. А. Шафеев, B.C. Петросян, В. П. Дядченко, К. И. Грандберг, Е. И. Смыслова, Кинетика лазерностиму-лированного осаждения золота из жидкой фазы Квантовая электроника, 18(9), 1088 (1991)
- Ф.В. Бункин, К. И. Грандберг, Б. С. Лукьянчук, Э. Г. Перевалова, Г. А. Шафеев, Лазерное осаждение металла из трифенилфосфиновых комплексов одновалентного золота Квантовая электроника, 13(7), 1320 (1986)
- Г. А. Шафеев. Лазерное инициирование гетерогенных процессов в жидкой фазе 01.04.21 Дис. д-ра физ-мат. наук. Институт Общей физики им. А. М. Прохорова РАН, Москва, 1999.
- К. Kordas, К. Bali, S. Leppavuori, A. Uusimaki, L. Nanai, Laser direct writing of copper on polyimide surfaces from solution Appl. Surf. Sci., 154−155, 399 (2000)
- X.C. Wang, H.Y. Zheng, G.C. Lim, Laser induced copper electroless plating on polyimide with Q-switch Nd: YAG laser Appl. Surf. Sci., 200, 165 (2002)
- J.H.G. Ng, M.P.Y. Desmulliez, A. McCarthy, H. Suyal, K.A. Prior, D.P. Hand, UV direct-writing of metals on polyimide DTIP of MEMS and MOEMS, 360 (2008)
- H. Yang, С.-Т. Pan, Excimer laser-induced formation of metallic microstructures by electroless copper plating J. Micromech., Microeng., 12, 157 (2002)
- Y.S. Tver’yanovich, A.G. Kuzmin, L.G. Menchikov, V.A. Kochemirovsky, S.V. Safonov, I.I. Tumkin, A.V. Povolotsky, A.A. Manshina, omposition of the gas phase formed upon laser-induced copper deposition from solutions. Mend. Commun., 21, 34 (2011)
- Г. А. Шафеев, Лазерная активация и металлизация диэлектриков Квантовая электроника, 24(12), 1137 (1997)
- Ю.С. Тверьянович, В. А. Кочемировский, А. А. Манынина, А. В. Поволоцкий, А. В. Поволоцкая, С. В. Сафонов, И. И. Тумкин, Лазерно-индуцированное осаждение золота и меди из растворов. ЛГУ им. А. С. Пушкина. СПб. 2010, 132 с.
- J. Messelhauser, Е. В. Flint and Н. Suhr. Direct writing of gold lines by laser-induced chemical vapor deposition Applied Physics A., 55(2), 196 (1992)
- Платы печатные. Основные параметры и конструкции. Утвержден 01.07.87. Снято огр. срока действия. Государственный стандарт Союза ССР № 23 751−86. 1987: Гос. комитет по стандартам, Москва
- Д. Дудек. Варианты формирования рисунка в производстве печатных плат. Технологии в электронной промышленности, (5), 17 (2005)
- R. J. von Gutfeld, Е. Е. Tynan, R. L. Melcher, and S. E. Blum. Laser enhanced electroplating and maskless pattern generation.Appl. Phys. Lett., 35(9) 651 (1979)
- A. Manshina, A. Povolotskiy, T. Ivanova, A. Kurochkin, Y. Tver’yanovich, D. Kim, M. Kim, S.C. Kwon, Effect of salt precursor on laser-assisted copper deposition Glass Physics, Chemistry, 33(3), 209 (2007)
- H. Esrom, Fast selective metal deposition on polymers by using IR and excimer VUV photons Appl. Surf. Sci., 168, 1 (2000)
- A. Ouchi, Z. Bastl, J. Bohacek, J. Subrt, J. Pola, Laser-induced chemical liquid deposition of discontinuous and continuous copper films Surface, Coatings Technology, 201(8), 4728 (2007)
- C.T. Pan, Selective electroless copper plating micro-coil assisted by 248 nra excimer laser Microelectronic Engineering, 71(3−4), 242 (2004)
- L. Mini, C. Giaconia, C. Arnone, Copper patterning on dielectrics by laser writing in liquid solution Appl. Phys. Lett., 64, 3404 (1994)
- H.S. Cole, Y.S. Liu, J.W. Rose, R. Guida, Laser-induced selective copper deposition on polyimide Appl. Phys. Lett., 53(21), 2111 (1988)
- К. Kordas, J. Bekesi, R. Vajtai, L. Nanai, S. Leppavuori, A. Uusimaki, K. Bali, T.F. George, G. Galbacs, F. Ignacz, P. Moilanen, Laser-assisted metal deposition from liquid-phase precursors on polymers Appl. Surf. Sci., 172(1−2), 178 (2001)
- D. Chen, Q. Lu, Y. Zhao, Laser-induced site-selective silver seeding on polyimide for electroless copper plating Appl. Surf. Sci., 253, 1573 (2006)
- R.Deng, J. Lim H.K.Kang, H.J.Zhang, C.C.Wong. Laser directed deposition of silver thin films. Thin Solid Films 519,5183−5187 (2011)
- K. Kordas, L. Nanai, K. Bali, K. Stepan, R. Vajtai, T.F. George, S. Leppavuori, Palladium thin film deposition from liquid precursors on polymers by projected excimer beams Appl. Surf. Sci., 168, 66 (2000)
- G. Shafeev, W. Marine, H. Dallaporta, L. Bellard, A. Cros, Laser assisted metallization of polyphenylquinoxaline Thin Solid Films, 241, 52 (1994)
- G.A. Shafeev, Laser activation and metallization of oxide ceramics Adv. Mater. Optics Electronics, 2, 183 (1993)
- K. Kordas, J. Remes, S. Leppavuori, L. Nanai, Laser-assisted selective deposition of nickel patterns on porous silicon substrates Appl. Surf. Sci., 178, 93 (2001)
- K. Kordas, S. Leppavuori, J. Bekesi, L. Nanai, J. Remes, R. Vajtai, S. Szamari, Nickel deposition on porous silicon utilizing lasers Appl. Surf. Sci., 186, 232 (2002)
- B.S. Park, A.P. Malshe, A. Muyshondt, D. Brown, The effects of substrate properties on metal coatings from liquid medium by reactive laser deposition Surface, Coatings Technology, 115, 201 (1999)
- H. Yokoyama, K. S., K. Washio, Appl. Phys. Lett., 44, 755 (1984).
- J.L.H.Chau, C.-Y.Chen, M.-C.Yang, K.-L.Lin, S. Sato, T. Nakamura, C.-C.Yang, C.-W.Cheng. Femtosecond laser synthesis of bimetallic Pt-Au nanoparticles, Materials Lett., 65, 804 (2011)
- A. Manshina, T. Ivanova, A. Povolotskiy. Laser-induced deposition of hetero-metallic structures from liquid phase Laser physics. 20(6) 1532 (2010)
- A. Manshina, A. Povolotskiy, Т. Ivanova, Y. Tver’yanovich, S.P. Tunik, D. Kim, M. Kim, S.C. Kwon, Effect of salt precursor on laser-assisted copper depositionAppl. Phys. A, 89, 755 (2007)
- J. Xu, Y. Liao, H. Zeng, Y. Cheng, Z. Xu, K. Sugioka, K. Midorikawa, Mechanism study of femtosecond laser induced selective metallization (FLISM) on glass surfaces Optics Communications., 281, 3505 (2008)
- L. Nanai, I. Hevesi, F.V. Bunkin, B.S. Luk’yanchuk, M.R. Brook, G.A. Shafeev, Laser-Induced Metal Deposition of Semiconductors from Liquid Electrolytes Physics Letters, 54, 736 (1989)
- G.A. Shafeev, S.M. Pimenov, E.N. Loubnin, Laser-assisted selective metallisation of diamonds by electroless Ni and Cu plating Appl. Surf. Sci., 86(1−4), 392 (1995)
- Патент США 2010/129 566, 2010
- A.J. Pedraza, M.J. Godbole, M.J. DeSilva, D.H. Lowndes, Laser-induced surface activation of aluminium oxide for electroless deposition MRS Symp. Proc., 285, 203 (1992)
- H. Esrom, MRS Symp.Proc., 204, 457 (1991)
- H. Esrom, J.-Y. Zhang, A.J. Pedraza, Excimer laser-induced decomposition of aluminum nitride MRS Symp.Proc., 236, 383 (1991)
- J.G. Liu, C.H. Chen, J.S. Zheng, J.Y. Huang, CO2 laser direct writing of silver lines on epoxy resin from solid film Appl. Surf. Sci., 245, 155 (2005)
- H. Hocheng, T.C. Lin, U.U. Jadhav, W.S. Wong Writing metal on Si02 by laser through culture supernatant of Acidithiobacillus ferrooxidans 13 820 Microelectronic Engineering 101, 17−22 (2013)
- Akihiko Ouchi, ZdenMk Bastl, Jaroslav Bohacek, Jan Subrt, Josef Pola. «Laser-induced chemical liquid deposition of discontinuous and continuous copper films». Surface & Coatings Technology 201,4728^1733 (2007).
- A. Manshina, A. Povolotskiy, T. Ivanova, A. Kurochkin, Y. Tver’yanovich, D. Kim, M. Kim, S.C. Kwon, Laser-assisted metal deposition from CuS04-based electrolyte solution Laser Phys. Lett., 4(2), 163 (2007).
- A. Manshina, A. Povolotskiy, T. Ivanova, A. Kurochkin, Y. Tver’yanovich, D. Kim, M. Kim, S.C. Kwon, СиСЬ-based liquid electrolyte precursor for laser-induced metal deposition Laser Phys. Lett., 4(3), 242 (2007).
- L. Nanai, K. Kordas, S. Leppavuori, T.F. George, Chemistry of Materials Metallization, in Modern Topics in Chemical Physics. Research Signpost, T.F. George, X. Sun and G.P. Zhang, Editors. 2002: Trivandrum, India.
- R.J.v. Gutfeld, E.E. Tynan, R.L. Melcher, S.E. Blum, Laser enhanced electroplating and maskless pattern generation Appl. Phys. Lett., 35(9) (1979).
- Н.В. Карлов, Н. А. Кириченко, Б. С. Лукьянчук, Макроскопическая кинетика термохимических процессов при лазерном нагреве: состояние и перспективы Успехи химии, 62(3), 223 (1993).
- Н. В. Карлов, Н. А. Кириченко, Б. С. Лукьянчук. Лазерная термохимия. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992, 296 с.
- Н.Ф. Мелащенко, Гальванические покрытия диэлектриков. Минск: Беларусь. 176. 1987
- М. Ramasubramanian, B.N. Popov, R.E. White, K.S. Chen, Solution equilibrium characteristics of electroless copper deposition on thermally-activated palladium-catalysed polyimide substrates J. Appl. Electrochem., 28, 737 (1998).
- Вансовская K.M. //Металлические покрытия, нанесенные химическим способом// Л.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 103с. (1985).
- М.А. Капица //Химическая металлизация диэлектрика// Технологии в электронной промышленности № 6, сс. 35−39 (2005).
- B.C. Летохов. Селективное действие лазерного излучения на вещество. Успехи физических наук, т. 125, вып. 1 (1978).
- Н.К. Иванов-Есипович, Физико-химические основы производства радиоэлектронной аппаратуры. 1979, Москва: Высшая школа. 205.
- Т.П. Петрова, Химические покрытия. Соросовский образовательный журнал, 6 (11), 57 (2000)
- J. Ohara, М. Nagakubo, N. Kawahara, Т. Hattori, High aspect ratio etching by infrared laser induced micro bubbles, in Proceedings of the IEEE Tenth Annual International Workshop on Micro ElectroMechanical Systems. 1997, IEEE: New York. p. 175
- V.A. Ageev, A.F. Bokhonov, V.V. Zhukovskii, A.A. Yankovskii, Dynamics of processes occurring in laser ablation of metals in a liquid J. Appl. Spectrosc., 64(5), 683 (1997)
- М.И. Шалаускас, Металлизация пластмасс, Москва: Знание. 1983.
- Поверхностно-активные вещества. Справочник, под ред. А. А. Абрамзона и Г. М. Паевого, Ленинград. 1979. 376с.
- Файнгольд С. И., Тихонов В. П. под ред. И. В. Петрянова-Соколова и К. С. Ахмедова Успехи коллоидной химии// Ташкент. 1987. 400с.
- В. И. Лайнер // Защитные покрытия металлов. // М., Металлургия, 560 с. (1974).
- М.А. Лошкарев, Ю. М. Лошкарев, И. П. Кудина // О некоторых закономерностях влияния поверхностно-активных веществ на электродные процессы. // Электрохимия, Т. 13, № 5, сс. 715−719(1977).
- Р.Е. Скокина // Роль катионных поверхностно-активных веществ в химическом меднении стеклянных волокон. // Канд.дисс., Тверской Государственный Университет, Тверь, Россия (2002).
- В.В. Свиридов, Т. Н. Воробьева, Т. В. Гаевская, Л.И. Степанов- под ред. В. В. Свиридова // Химическое осаждение металлов из водных растворов // Мн., изд-во «Университетское», 270 с. (1987).
- V.V.Sviridov, T.V. Gaevskaya, V.P. Bobrovskaya // J. Inf. Rec. Mater., V 13, № 4, pp. 257−263, (1985).
- Пат. США 4 303 443 МКИС 23C 3/02 Electroless copper plating solution
- R. Hughes, M. Paunovic, R.J. Zeblisky // Method of consistently producing a copper deposit on a substrate by electroless deposition which deposit is essentially free of fissures. // US Patent 4 908 242, March 13 (1990).
- H Yang, C-T Pan // Excimer laser-induced formation of metallic microstructures by electroless copper plating // J. Micromech. Microeng, V. 12, pp. 157−161 (2002).
- J.T. Davies A quantitative kinetic theory of the emulsion type: I. Physical chemistry of the emulsifying agent.// London, Proc. 2nd Int. Congr. Surface Activity, V. 1, p. 426 (1957).
- А.И. Русанов // Мицеллообразование в растворах поверхностно-активных веществ // СПб: Химия, 280 с. (1992).
- Кидяров Б. П., Кинетика образования кристаллов из жидкой фазы, Новосиб., 1979
- Кристиан Дж. //Теория превращений в металлах и сплавах. 4.1. Термодинамика и общая кинетическая теория// М. (1978)
- Данилов В.И. //Строение и кристаллизация жидкости// Киев, (1956)
- Михайлов М.Д., Тверьянович А. С. //Критические скорости охлаждения некоторых халькогенидных стеклообразующих расплавов// Физика и Химия Стекла, Т. 12, № 3, с.274−284 (1986)
- М.Д. Михайлов, Ю. С. Тверьянович, Е. Ю. Туркина. Химия стекол и расплавов. Изд. СПбГУ, Санкт-Петербург 144с. (1998)
- Т.Б. Бойцова. Фотостимулированные процессы создания наноматериалов на основе комплексных соединений переходных метлаллов. 02.00.01 Автореферат диссертации на соискание степени доктора химических наук. РГПУ им. А. И. Герцена, Санкт-Петербург (2010).
- Li-Jung Chen, Chi-Chao Wan, Yung-Yun Wang. Chemical preparation of Pd nanoparticles in room temperature ethyleneglycol system and its application to electroless copper deposition. Journal of Colloid and Interface Science 297, 143−150 (2006)
- F. Fievet, J.P. lagier, B. Blin, Homogeneous and heterogeneous nuclea. tions in the polyol process for the preparation of micron and submlcron size metal particles. Solid State Ionics 32/33, 198−205 (1989)
- S.Ohno, Plating 58 (1971) 350
- L. Proenca, M.I.S. Lopes, I. Fonseca, K.B. Kokoh, J.-M. Leger, C. Lamy. Electrocatalytic oxidation of D-sorbitol on platinum in acid medium: analysis of the reaction products Journal of Electroanalytical Chemistry, 432, 237−242 (1997).
- M.R. Tarasevich, A.V. Kuzov. Direct alcohol fuel cells. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7 (87) 2010
- Changwei Xu, Zhiqun Tian, Peikang Shen, San Ping Jiang. Oxide (Ce02, NiO, Co304 and Mn304)-promoted Pd/C electrocatalysts for alcohol electrooxidation in alkaline media. Electrochimica Acta 53(5), 2610−2618 (2008)
- M.R.H.De Almeida, I.A.Carlos, L.L.Barbosa, R.M.Carlos, B.S.Lima-Neto, and E.M.J.A.Pallone Voltammetric and morphological characterization of copper electrodeposition fromnon-cyanide electrolyte Journal of Applied Electrochemistry 32, 763−773, (2002).
- Сканирующий зондовый микроскоп NanoEducator. Руководство пользователя. // Москва, НТ-МДТ, 100 с. (2007).
- В. А. Рабинович, 3. Я. Хавин, Краткий химический справочник, Химия, 1991.
- Y.-M. Lin, S.-C.Yen, Effects of additives and chelating agents on electroless copper plating Appl. Surface Science 178,116 (2001).
- H. Кобаяси, Введение в нанотехнологию, Москва, Лаборатория знаний, 2007, 134 с.
- В. А. Кочемировский, Л. Г. Менчиков, С. В. Сафонов, М. Д. Бальмаков, И. И. Тумкин, Ю. С. Тверьянович, Лазерно-индуцированное осаждение металлов: химические реакции в растворе и активация диэлектрических поверхностей Успехи химии, 2011, 80, 905.
- В. А. Кочемировский, С. В. Сафонов, И. И. Тумкин, Ю. С. Тверьянович, И. А. Балова, Л. Г. Менчиков, Оптимизация состава раствора для лазерно-индуцированного осаждения меди на диэлектрике. Изв. АН. Сер.хим., 2011, 1540.
- Товпеко А. //Оптимизация состава раствора электролита для лазерно-индуцированного осаждения меди из раствора// Магистерская диссертация, Химический Факультет, СПбГУ, Санкт-Петербург, Россия (2009)
- К. Kordas, К. Bali, S. Leppavuori, A. Uusimaki, L. Nanai. Laser direct writing of copper on polyimide surfaces from solution // Applied Surface Science. 2000. vol. 154−155, P. 399104
- М.Д.Бальмаков. Физика и химия стекла, 15 (2), 293 (1989)
- М.Д.Бальмаков, Г. М. Мурадова, Управление синтезом наноструктурированных материалов с помощью лазерного и микроволнового излучений 36, 140 (2010)
- R. Е. Acosta, L. Т. Romankiw And R. J. Von Gutfeld. Laser-enhanced plating: a review of its mechanisms and applications. Thin Solid Films, 95 (1982) 131−132.
- R, J. Von Gutfeld and K, G, Sheppard. IBM J. Res. Develop. Vol. 42 No. 5 (1998)
- С.Д.Бабенко, В. А. Бендерский, Т. С. Руденко. Обнаружение высокой вероятности двухфотонной фотоэмиссии из металлов в растворы электролитов. Письма в ЖЭТФ, том 17, вып. 2, стр. 71−74 (1973)
- С.И.Анисимов, В. А. Бендерский, Д.Фаркаш. Нелинейный фотоэлектрический эффект в металлах под действием лазерного излучения. Успехи физических наук, т. 122, вып.2, 185−222 (1977)
- Khin Myo Latt. Effects of surfactants on characteristics and applications of electroless nickel-phosphorous deposits. MSc Thesis, National university of Singapore, Singapore (2003)
- Ехонович А.С. Справочник по физике // М., Просвещение, 415 с. (1978)
- А. Н. Задиранов, А. М. Кац. Теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов. Издательство Российского Университета дружбы народов, 228 с. (2007).